§ 16. Стадия спиральной галактики (стадия IV).
Дальнейший эволюционный процесс приводит к образованию из эллиптических (E) спиралевидных галактик (S), а из спиральных образуются неправильные спокойные (неактивные) галактики (J) типа Магелановых Облаков. Разберем сначала механизм образования спиралевидных галактик. Возникновение спиралевидных рукавов (ветвей) является центральным моментом IV стадии эволюции галактик. Вероятно, слабые спиральные рукава уже существуют внутри эллиптической галактики, но они остаются невидимыми для астрономов, так как скрыты толстым, непрозрачным слоем звездной, газовой и пылевой материи. Хорошо выявляются ветви у спиральных галактик, эрупция материи у которых происходит только по спиральным рукавам. Автор предлагает следующую гипотезу образования спиральных ветвей галактик.
Рисунок 10. Эрупция струй плазмы (протуберанцев), вылетающих из ядра галактики.
Рисунок 11. Эрупция плазмы в экваториальной плоскости ядра галактики.
1. Плазма, исходящая от ядра галактик и звёзд, имеет положительный электрический заряд! Физика утверждает, что плазма электрически нейтральна. Но надо согласиться с тем, что человечество имеет возможность изучать только ту плазму, которая образовалась благодаря воздействию высоких температур на элементы таблицы Менделеева, на поверхности Земли и в лабораторных условиях. Изучаемая плазма состоит из равного количества ионов элемента и электронов, поэтому она электрически нейтральна. Плазма, которая извергается с поверхности звезд и галактик обладает совершенно иным составом элементарных частиц (состоит исключительно из положительно заряженных протонов), а поэтому имеет совершенно другие свойства. Плазма звезд и ядер галактик содержит только протоны (без нейтрализующих их заряд электронов), то есть плазма в целом имеет положительный электрический заряд. Внутри телевизионного кинескопа образуется поток (струя) электронов (e –), а от ядра галактики и от поверхности звёзд извергаются длинные струи (протуберанцы), состоящие исключительно из протонов (p +). Как и поток отрицательно заряженных электронов (e -) внутри кинескопа, так и поток положительно заряженных протонов (p +) чрезвычайно «чувствительны» к воздействию магнитного поля. Ядро галактики быстро вращается вместе с миллиардами заряженных протонов, а поэтому обладает сильным магнитным полем, которому подчиняется струи, состоящие из протонов.
2. По закон Био – Савара – Лапласа происходит концентрация материи плазмы, которая двигается в одном направлении. Выше сказано, что ядро галактик в радиальных направлениях покидают огромные плазменные струи (типа крупных солнечных протуберанцев). Протуберанцы выбрасываются от всех точек поверхности шаровидного ядра: от полюсов, экватора, от любой точки меридиана и параллели. От экватора ядра галактики масса и скорость эрупции материи будут несколько выше, чем от других точек поверхности ядра (особенно по отношению к полюсам) вследствие быстрого вращения ядра. В физическом отношении плазменные струи можно рассматривать как проводники заряженных частиц (протонов) длиной в несколько миллионов световых лет, исходящие от поверхности ядра галактики и кончающиеся в космическом пространстве. По закону Био – Савара – Лапласа участок потока заряженных частиц длиной L создает в точке O пространства, расположенной на расстоянии r1 от этого участка, напряженность магнитного поля H. Смотрите рисунок 10.
Следовательно, количество зарядов q, прошедших через сечение экваториальной струи за единицу времени Т, наивысшее, а сила тока I у струй, исходящих от экватора ядра галактики, самая высокая, также как и сила магнитного притяжения F.
I1 · I2 · L
F = μ0 μ –––––––––– ,
2 π r2
где μ0 – магнитная постоянная, μ – величина относительной магнитной проницаемости, I1 и I2 – сила тока плазменных струй (А и В), L – длина участка галактических спиралей (А и В), r – расстояние между ними. Благодаря возникновению магнитной силы притяжения F , любые два соседних потока плазмы А и В должны слиться в один поток (С). Близлежащие потоки плазменных струй, исходящие из ядра, длительное время, двигаются почти параллельно друг другу. Следовательно, они начнут притягиваться и складываться под действием силы магнитного притяжения F в суммарные потоки. Например, потоки Д и Е сливаются в протуберанец C2 , потоки К и М - в C3, и так далее. В свою очередь, суммарные потоки С 1 – С 10000 тоже сливаются между собой. Рассуждения приводят нас к убеждению что через миллионы лет, на протяжении которых будет происходить слияние протуберанцев С, образуется всего нескольких (например, 10) крупных плазменных потоков, которые вбирают в себя все более мелкие потоки и уносят в своем составе от ядра, например, 70 – 100% эрупирующей материи.
3. Концентрация плазмы к плоскости экватора ядра при помощи центробежных сил. С какого места поверхности ядра галактики уносят плазму эти самые крупные, «суммарные» 10 протуберанцев? Самым реальным местом их извержения является экваториальная плоскость ядра галактики по следующим причинам. Смотрите рисунок 11. Благодаря быстрому вращению ядра галактики масса выброшенной плазмы по экваториальной линии всегда будет выше, чем с полюсов. Увеличению массы способствуют возникающие при вращении центробежные силы, которые в сотни раз выше на экваторе ядра, чем на полюсах. Поэтому масса плазмы, эрупирующая с экваториальной линии ядра галактики, всегда в сотни раз больше, чем от участков, расположенных ближе к полюсам ядра.
4. Магнитное поле ядра галактики сжимает плазму по экваториальной плоскости. Смещению потоков к экваториальной плоскости способствует собственное магнитное поле ядра галактики. Смотрите § 15. Из физики плазмы хорошо известно, что плазма хорошо фокусируется магнитным полем благодаря свойству располагаться точно на границе между северным (N) и южным (S) полюсами. Исходящие от ядра галактики плазменные потоки также будут стремиться расположиться точно в экваториальной плоскости ядра, так как эта плоскость разделяет космическое пространство на два противоположных магнитных полюса.
5. Спиральные галактики всегда содержат только два спиральных рукава! Дальнейшие рассуждения приводят к заключению, что и у оставшихся 10 суммарных плазменных потоков «С», распространяющихся в экваториальной плоскости, существует стремление к объединению под действием силы магнитного притяжения F. Поэтому все плазменные потоки, исходящие от ядра галактики, в конце концов, объединяются в два потока, исходящие точно от экватора галактики в противоположных направлениях. Это и есть рукава спиральных галактик. Почему оставшиеся два рукава не могут объединиться? Причин несколько.
Рисунок 12. Гравитационное притяжение вод мирового океана в точке А и отталкивание водных масс в точке В.
Рисунок 13. Три разновидности спиральных галактик S – a, b, c. Вид галактик сверху.
А) Антигравитация. Обратим внимание на космическое явление, более доступное для исследования, - лунные приливы и отливы в океанах. Смотрите рисунок 12. От притяжения Луны вода океанов и морей поднимаются на несколько метров над двумя точками поверхности Земли ─ в точке А и в точке В. Точка А расположена ближе к Луне, а точка В - самая удаленная точка от Луны на поверхности Земли. Но «морской прилив» в точке В ничем не отличается от «морского прилива» в точке А по силе и по времени. Здесь ярко иллюстрируется действие закона гравитационной симметричности (притяжение - отталкивание), который имеет место в отношении крупных космических масс. На Меркурии метеоритный кратер диаметром 2000 километров имеет свое зеркальное отражение (через центр тяжести планеты) в другом полушарии. Закон антигравитации применим к галактическим процессам. Допустим, что в одной из точек «А» экватора ядра галактики произошло слияние двух плазменных струй (галактических рукавов, спиральных рукавов) в одну. За некоторый промежуток времени эта гигантская струя выбросила плазменное облако массой в несколько миллионов солнечных масс, которое «повисло» над поверхностью ядра галактики над точкой «А», как Луна над Землей. В таком случае с противоположной стороны ядра галактики, в точке «В», возникает столь же мощная отталкивающая сила, которая приведет к образованию такой же мощной плазменной струи от точки В. Мощные сила антигравитации моментально выкинет от поверхности ядра галактики вторую плазменную струю из точки «В». Закон гравитационной симметричности обязательно проявит себя и в этом случае. В итоге от ядра галактики опять будут извергаться не одна, а две мощные плазменные струи (спиральных рукавов).
Б) Магнитное отталкивание. Как было упомянуто, по закону Ампера притягиваются друг к другу те струи плазмы, которые имеют поток заряженных частиц в одном направлении. При наличии двух плазменных струй, выходящих из ядра галактики в диаметрально противоположные стороны (каким являются выбросы в виде двух спиральных рукавов), возникает сила магнитного отталкивания, так как внутри галактических рукавов «противоположные потоки» заряженных частиц (протонов) двигаются в разные стороны. По закону Ампера два плазменных, спиральных рукава, движущихся в разные направления (один налево, а другой направо от центра ядра галактики), должны отталкиваться друг от друга. Вот почему спиральные рукава галактик типа S (a,b,c) не слипаются друг с другом, а навечно разделены друг от друга полосой космического пространства. Благодаря описанным космическим механизмам все сферические (эллиптические, Е) галактики через миллиарды лет превращаются в спиральные (S). У сферических (эллиптических) галактик эрупция вещества из ядра происходит по всем направлениям.
6. Типы спиральных галактик. Вследствие длительной эволюции эллиптическая галактика E приобретает две спиральные ветви, и трансформируется в молодую спиральную галактику типа Sa. Спиральные галактики можно классифицировать на три типа: Sa, Sb, Sc. Все эти галактики имеют спираль Архимеда, то есть они закручиваются вокруг единого центра, вокруг ядра галактики, и радиус спирали постоянно увеличивается. Только три силы влияют на степень "закручивания" спиралей у спиральных галактик: скорость выброса плазмы из ядра спиральной галактики, скорость вращения ядра галактики вокруг своей оси и сила гравитационного притяжения между ядром и всей массой спирального рукава. Главной причиной "степени закручивания и завитости" спиралей вокруг ядра является высокая скорость вращения ядра галактики вокруг своей оси. Как показывают измерения, ядра галактики типа Sa имеют среднюю скорость вращения вещества на экваторе – 10000 километров/с, галактики типа Sb – 1000 километров/сек, галактики типа Sc – 100 километров/сек. Галактики типа Sa являются самыми молодыми из спиральных галактик, а галактики типа Sc - самыми старыми. Смотрите рисунок 13. При типе Sa "завитость" спиралей вокруг ядра очень сильная (4 - 5 оборотов вокруг центра), при типе Sb ветви делают всего 1-2 оборота вокруг ядра, а при типе Sc - только пол-оборота. Наша Галактика относится к типу Sa.